鋼結構的連接.ppt

鋼結構設計原理,汕頭大學土木工程系本科課程,喻瑩 ,第三章 鋼結構的連接,鋼材連接的種類及特點,1,2,焊接方法和焊縫連接形式,對接焊縫的構造和計算,3,鋼結構的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。 選定連接方案是鋼結構設計中很重要的環(huán)節(jié)。好的連接設計應符合安全可靠、節(jié)約鋼材、構造簡單、施工方便、與結構計算簡圖相符合的原則。,1,鋼材連接的種類及特點,螺栓連接,鉚釘連接,焊接連接,一、焊縫連接,優(yōu)點：構造簡單；加工方便；節(jié)約鋼材；不削弱構件 截面；連接剛度大；密封性好。,缺點：焊接處局部高溫使鋼材組織發(fā)生改變，材質變脆；焊接結構低溫冷脆現(xiàn)象嚴重；焊后構件中存在焊接殘余應力和殘余變形。施焊可能產(chǎn)生缺陷，使疲勞強度降低。,1,鋼材連接的種類及特點,在低溫環(huán)境下工作及直接承受動載的鋼結構不宜采用焊縫連接。,二、鉚釘連接 優(yōu)點：連接牢固，傳力可靠，連接的塑性和韌性好，質 量易檢查保證，在一些直接承受動載的結構中有 時仍采用。 缺點:打鉚工藝復雜（熱插入：9000c),費工費料。目前 已基本上為高強度螺栓連接所代替。,1,鋼材連接的種類及特點,三、 螺栓連接,1. 普通螺栓連接,1,鋼材連接的種類及特點,2. 高強度螺栓連接,高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母的合稱。,由45號、40b和20mntib鋼經(jīng)過熱處理加工而成。,45號8.8級；40b和20mntib10.9級,（a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓,1,鋼材連接的種類及特點,2、高強度螺栓連接 強度等級： 8.8級：由經(jīng)熱處理的45號鋼制成。最低抗拉強度為 800n/mm2 ，fy:fu=0.8。 10.9級：由40b、20mntib鋼制成。最低抗拉強度為 1000n/mm2 , fy:fu=0.9。,1,鋼材連接的種類及特點,高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較,1,鋼材連接的種類及特點,主要連接方法及優(yōu)缺點,1,鋼材連接的種類及特點,一、常用焊接方法 1.電弧焊：利用焊條（焊絲）與焊件間產(chǎn)生的電弧熱熔化焊條和焊件，形成熔池，冷卻后連成整體。,2,焊接方法和焊縫連接形式,（1）手工電弧焊 人工操作，用涂藥皮的焊條。弧光外露，焊后清渣。特點：設備簡單，適應性強，適用于短或曲折形焊縫及現(xiàn)場高空焊接。但焊縫質量波動性大，工效低。,q390、q420鋼選擇e55型焊條(e5500-5518),q345鋼選擇e50型焊條(e5000-5048),焊條的表示方法：,e焊條(electrode),第1、2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2),第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。,當不同鋼種的焊件焊接時，采用“低組配”方案。 例如q235與q345焊接時，采用e43型焊條。,q235鋼選擇e43型焊條（e4300-e4328),焊條應與焊件金屬品種（強度）相匹配：,2,焊接方法和焊縫連接形式,（2）埋弧焊（自動、半自動),2,焊接方法和焊縫連接形式,焊絲轉盤 焊劑漏斗 送絲器 電控箱 光焊絲 熔化 的焊劑 施焊方向,自動埋弧焊原理,（2）埋弧焊（自動、半自動) 自動堆藥，自動下移光焊絲，自動移焊。（自動） 自動堆藥，自動下移光焊絲，手工移焊。（半自動） 特點：與大氣隔離得好，電弧在焊劑層下燃燒，弧光不外露。電弧熱量集中，熔深大，焊縫內部缺陷少，焊縫的塑韌好，質量穩(wěn)定可靠。焊接速度快，效率高。但設備復雜，不靈活，方位受限，適于俯焊，適用于較長的直線形焊縫。,2,焊接方法和焊縫連接形式,埋弧焊 1. 焊絲的選擇應與焊件等強度。 2. 優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質量好。缺點：設備投資大，施工位置受限等。,送絲器,機器,2,焊接方法和焊縫連接形式,（3） 氣體保護焊 在焊接時用噴槍噴出的co2或惰性氣體作為保護氣體代替焊劑，把電弧、熔池與大氣隔離。 電弧熱量集中，熔深大，焊接速度快，焊后不必清渣。焊縫強度高、塑性好。采用高錳、高硅型焊絲，具有較強的抗銹能力，焊縫不易產(chǎn)生氣孔。 明弧，可見度好，操作方便。 操作時應采取避風措施（搭防風棚）。,2,焊接方法和焊縫連接形式,2、電阻焊 利用電流通過焊件接觸點表面的電阻所產(chǎn)生的熱量熔化金屬，再通過壓力使其焊合。電阻焊只適合于板疊厚度不大于12mm的焊件的焊接。,2,焊接方法和焊縫連接形式,夾具,焊件,點焊,電源,二、焊縫形式和焊縫連接的形式 1、焊縫連接形式 按被連接件的相對位置分為： 對接（平接）、搭接、t接和角接四種類型。 對接接頭 搭接接頭,2,焊接方法和焊縫連接形式,t接接頭 角接接頭,2,焊接方法和焊縫連接形式,搭接,角部連接,對接,t型連接,2,焊接方法和焊縫連接形式,2、焊縫形式：分為對接焊縫和角焊縫。,對接焊縫按受力與焊縫方向分： 1）正對接焊縫(a)：作用力方向與焊縫方向正交。 2）斜對接焊縫(b)：作用力方向與焊縫方向斜交。,角焊縫按受力與焊縫方向分： 1）正面角焊縫(c) ：作用力方向與焊縫長度方向垂直。 2）側面角焊縫(c) ：作用力方向與焊縫長度方向平行。 3）斜焊縫（c）：作用力方向與焊縫方向斜交。,焊縫形式,2,焊接方法和焊縫連接形式,（1）對接焊縫,（2）角焊縫,2、焊縫形式,2,焊接方法和焊縫連接形式,3. 焊縫施焊位置,2,焊接方法和焊縫連接形式,4. 焊縫缺陷及焊縫質量檢驗,（1）焊縫缺陷 焊縫缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內部的缺陷。 常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。,2,焊接方法和焊縫連接形式,外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸； 內部無損檢驗：檢驗內部缺陷。內部檢驗主要采用超聲 波，有時還用磁粉檢驗熒光檢驗等輔助檢驗方法。還可 以采用x射線或射線透照或拍片。,(2) 焊縫質量檢驗,2,焊接方法和焊縫連接形式,鋼結構工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定：,(1) 鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范gb50205-2001規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級。,三級：肉眼或放大鏡作外觀檢查，看焊縫的尺寸是否符合設計要求，及有無外表缺陷（裂紋、咬邊、焊瘤等）。 二級：在外觀檢查的基礎上，用超聲波抽查每條焊縫長度的20，查找內部缺陷（氣孔、裂紋、夾渣）。 一級：在外觀檢查的基礎上，用超聲波檢查每條焊縫的全部長度，對直接承受動載的重要構件還要作局部x光檢驗，查找內部缺陷。,2,焊接方法和焊縫連接形式,（3）焊縫質量等級及選用,鋼結構設計規(guī)范（gb50017-2003）中，對焊縫質量等級的選用有如下規(guī)定：,1） 需要進行疲勞計算的構件中，垂直于作用力方向的橫向對接焊縫受拉時應為一級，受壓時應為二級。平行于作用力方向的縱向對接焊縫應為二級。,2） 在不需要進行疲勞計算的構件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應不低于二級；受壓時宜為二級。,3） 重級工作制和起重量50t的中級工作制吊車梁的腹板與上 翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的形接頭焊透的 對接與角接組合焊縫，質量不應低于二級。,4） 角焊縫質量等級一般為三級，但對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量q50t的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質量應符合二級。,2,焊接方法和焊縫連接形式,5、焊縫符號標注（焊縫代號）,2,焊接方法和焊縫連接形式,焊縫代號用于鋼結構施工圖上對焊縫進行標注，標明焊縫形式、尺寸和輔助要求。常用焊縫代號和標注方法如下：,對接焊縫常做成帶坡口的形式，故又稱為坡口焊縫。常用的坡口形式有直邊形、單邊v形、v形、u形、k形和x形(如下圖)。做坡口是為了便于施焊，保證焊接質量，應根據(jù)焊件的厚度選用不同的坡口形式。坡口形狀參數(shù)有：斜坡角度、鈍邊厚度p和間隙寬度c。,1、對接焊縫的坡口形式:,一、對接焊縫的構造,對接焊縫的構造和計算,3,c=0.52mm,c=23mm,c=23mm,p,c=34mm,p,c=34mm,對接焊縫的構造和計算,3,1、對接焊縫的坡口形式:,一、對接焊縫的構造,1、對接焊縫的坡口形式:,一、對接焊縫的構造,坡口形式與板厚和施工條件有關。,t-焊件厚度,(1)當t6mm(手工焊),t10mm(埋弧焊)時可不做坡口, 采用直邊縫;,(2)t=720mm時，宜采用單邊v形和雙邊v形坡口;,(3)t20mm時，宜采用u形、k形、x形坡口。,對接焊縫的構造和計算,3,2、板寬（厚）有變化的連接，應有1：2.5的斜坡過度。當厚差t4mm時可不做斜坡。,對接焊縫的構造和計算,3,1,1,2.5,2.5,措施：采用引弧板，焊后切除；在一些特殊情況下無法采用引弧板時（如t形接頭的對接焊縫），每條焊縫的計算長度（有效長度）焊縫長度2t(t為較薄焊件的厚度)。,對接焊縫的構造和計算,3,3、焊縫的起（引）弧處和滅（落）弧處，不易熔透而生焊口。,對接焊縫的兩端，常因不能熔透而出現(xiàn)凹形的焊口， 焊口處常產(chǎn)生裂紋和應力集中。,1、軸心受力時對接焊縫的計算 n n lw t n n,對接焊縫的構造和計算,3,二、對接焊縫的計算,強度條件：,式中：n 軸心拉力或壓力的設計值； lw 焊縫的計算長度， lw l ， 有引弧板，焊縫的實際長度 l-2t 無引弧板 t 被連接件中的較小厚度，t接中為腹板厚度。 對接焊縫的抗拉、抗壓強度的設計值,1、軸心受力時對接焊縫的計算,對接焊縫的構造和計算,3,二、對接焊縫的計算,規(guī)范規(guī)定：當斜縫與作用力n之夾角符合: tan1.5（ ）時，可不必驗算焊縫的強度， 此時焊縫的承載能力不低于母材.,當直縫強度不夠時，改用斜縫。,2、m、v共同作用下的 對接焊縫計算,因焊縫截面為矩形，m、v共同作用下應力圖為,故其強度計算公式為：,式中：ww焊縫截面模量； sw-焊縫截面面積矩； iw-焊縫截面慣性矩。,（1）板件間對接連接,對接焊縫的構造和計算,3,二、對接焊縫的計算,（2）工字形、箱形、t形截面梁對接連接計算,a、對于焊縫的max和max應滿足式3.2.4和3.2.5要求；,b、對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點），其折算應 力尚應滿足下式要求：,式中：1.1為考慮最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)。,對接焊縫的構造和計算,3,二、對接焊縫的計算,（2）工字鋼或t型截面,例題3.1 簡支梁鋼材q235,e43型焊條，手工焊，三級質量，采用引弧板。試驗算此對接焊縫的強度。 q =150kn/m _25016 max 1 100010 1 max 2.4m 8m,二、對接焊縫的計算,對接焊縫的構造和計算,3,解：1、焊縫處的內力計算: q m = 6002.4150/22.421008kn.m 2.4m v = 6001502.4240kn r=600kn,二、對接焊縫的計算,對接焊縫的構造和計算,3,2、焊縫計算截面的幾何特征值計算： iw =(25010323-24010003)/12=2898106mm4 ww =i/ymax=2898106/516=5.6163106mm3 sw1 =25016508=2.032106mm3 sw =2.032106+50010250=3.282106mm3,對接焊縫的構造和計算,3,二、對接焊縫的計算,3、焊縫應力計算及強度校核： max=m/ww=1008/5.6163=179.